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JP4512330B2 - Composite optical element and optical transceiver - Google Patents

Composite optical element and optical transceiver Download PDF

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JP4512330B2
JP4512330B2 JP2003194700A JP2003194700A JP4512330B2 JP 4512330 B2 JP4512330 B2 JP 4512330B2 JP 2003194700 A JP2003194700 A JP 2003194700A JP 2003194700 A JP2003194700 A JP 2003194700A JP 4512330 B2 JP4512330 B2 JP 4512330B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合光学素子、及び光トランシーバーに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、面発光レーザは並列光インターコネクションのキーデバイスとしてその有用性が高まっている。その実用化においては、従来の電気配線と異なり、高い実装精度が要求されている。そこで、半導体プロセスなどを駆使して非常に高精度に加工された部材を利用し、その部材の面を基準面にして光学素子を実装する方法が検討されている。この高精度に加工された部材をMOB(Micro-Optical Bench)と呼び、このMOBを用いた実装法(MOB実装法)は、様々な要求を満足する上で、非常に重要な技術である。また、このMOB実装法は、2次元マイクロレンズアレイなどの実装においても、大きな役割を担っている。しかし、このようなMOB実装法においては、その製造コストの面で大きな課題を残しており、特に、面発光レーザの電気接続やマイクロレンズとの光結合などでは最も大きな課題の一つとなっている。
【0003】
そこで、マイクロレンズなどの素子をMOBの利用なしで、直接、面発光レーザの基板に貼り付ける方法も検討されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−31747公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、面発光レーザの基板の表面側には、面発光レーザを形成する際のエッチング部分等の絶縁性を図るためにポリイミドなどの絶縁樹脂をスピンコートなどで塗布しており、絶縁樹脂を塗布した面の凹凸は数μmに達する。このため、この絶縁樹脂の塗布面に直接光学素子を実装しても、高い実装精度は得られない。
【0006】
また、面発光レーザの基板と素子を設けた素子基板とを固定する方法として、基板と素子基板との間に接着剤を挟む方法も考えられるが、接着剤の厚みのバラツキにより高さ方向の精度を出しにくい。バンプなどを利用した固定方法も同様にその精度が数μmであり、課題が残っている。
【0007】
本発明の目的は、面発光レーザの基板に各種の素子を実装する場合、その実装精度を簡単な構成で高めることである。
【0008】
本発明の別の目的は、素子基板に対する光ファイバー等の光伝達部品の接合を簡単な構成で高精度に行うことである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、面発光レーザの基板に素子を実装した複合光学素子において、前記基板の第1当接面と、前記素子が設けられた素子基板の基板面であって前記第1当接面に当接された第2当接面と、前記第1当接面と前記第2当接面との当接した面内の少なくとも一方に形成された接着剤溝と、前記接着剤溝に注入されて前記第1当接面と前記第2当接面とを当接位置に位置づけして前記基板と前記素子基板とを接着固定した接着剤と、を有し、前記素子基板における前記基板に対向する面に電極用溝が形成され、この電極溝の位置でダイシングされたことを特徴とする。
【0010】
ここで、“素子”としては、電気的、機械的、光学的な諸機能を持った素子が含まれ、特に、面発光レーザに実装して有用性が高いものを指す。例えば、電気配線や、面発光レーザの固定や保護用のカバーや、レンズ機能を持つ部材などが該当する。
【0011】
“接着剤溝”は、第1当接面と第2当接面とのいずれか一方のみに形成してもよく、或いは、両方に形成してもよい。
【0012】
したがって、面発光レーザの基板への素子の実装は、面発光レーザの基板の基板面の一部である第1当接面と、素子基板の基板面の一部である第2当接面とを当接させ、接着剤溝に接着剤を注入して面発光レーザの基板と素子基板とを固定することにより行う。これにより、面発光レーザの基板と素子基板とを、面発光レーザの第1当接面と素子基板の第2当接面とを当接させた状態を維持したまま固定することができ、面発光レーザの基板への素子の実装を、面発光レーザの基板の基板面を被覆した絶縁樹脂層の厚みや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。特に、面発光レーザを有する基板と素子を設けた素子基板とを接着固定した後にダイシングを行うことにより電極用溝が露出され、この電極用溝でワイヤボンディング等を行うことができる。このダイシングに際して、基板と素子基板との端面がずれたようにダイシングする場合には、このダイシングの停止位置を電極用溝の高さ寸法内とすればよく、高精度のダイシング停止位置が要求されず、ダイシング作業の作業性が向上する。
【0013】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の複合光学素子において、前記第1当接面はエピタキシャル面であり、前記第2当接面は研磨面であることを特徴とする。
【0014】
ここで、“エピタキシャル面”は、化学気相成長法により形成された面であり、高精度に平滑に形成されている。“研磨面”も高精度に平滑に形成されている。
【0015】
したがって、第1当接面と第2当接面とがともに高精度に平滑に形成されているので、固定された面発光レーザの基板と素子基板とは高い平行度を維持され、面発光レーザの基板への素子の実装精度がより高くなる。
【0016】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の複合光学素子において、前記素子は、前記素子基板における前記面発光レーザに対向する面側に配置されていることを特徴とする。
【0017】
したがって、素子基板に素子を設けた場合、その素子を素子基板における面発光レーザに対向する面側に配置することにより、素子と面発光レーザとの距離に関して、素子基板の厚み公差の影響をなくして素子と面発光レーザとの距離の公差を小さくすることができ、面発光レーザに対する素子の実装精度が高くなる。
【0018】
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか一記載の複合光学素子において、前記面発光レーザと前記素子とがアレイ状に配列されていることを特徴とする。
【0019】
したがって、この複合光学素子では、面発光レーザの基板への素子の実装を簡便に精度良く行うことができ、これらの面発光レーザと素子とをアレイ状に配列した場合でも各面発光レーザから発せられる光が平行光となり、これにより、隣接する面発光レーザから発せられる光のクロストークの発生が防止される。
【0021】
したがって、面発光レーザを有する基板と素子を設けた素子基板とを接着固定した後にダイシングを行うことにより電極用溝が露出され、この電極用溝でワイヤボンディング等を行うことができる。このダイシングに際して、基板と素子基板との端面がずれたようにダイシングする場合には、このダイシングの停止位置を電極用溝の高さ寸法内とすればよく、高精度のダイシング停止位置が要求されず、ダイシング作業の作業性が向上する。
【0022】
請求項記載の発明は、請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、電気配線であることを特徴とする。
【0023】
したがって、面発光レーザの基板への電気配線の実装精度が高くなり、面発光レーザへの通電を高精度に行える。
【0024】
請求項記載の発明は、請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、マイクロレンズであることを特徴とする。
【0025】
したがって、面発光レーザの基板へのマイクロレンズの実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた拡散光を高精度に平行光にすることができる。さらに、素子としてマイクロレンズを用いて面発光レーザから発せられる拡散光を平行光にすることにより、面発光レーザの光軸方向の実装公差を大きくとることができる。
【0026】
このマイクロレンズとしては、グレースケールマスクを用いたフォトリソグラフィープロセスで形成したものが、任意の非球面形状に形成できる点で好適である。
【0027】
請求項記載の発明は、請求項記載の複合光学素子において、前記マイクロレンズが、前記素子基板に形成された凹面部とこの凹面部内に凸レンズを構成するように充填された前記素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材とよりなることを特徴とする。
【0028】
ここで、面発光レーザから発せられる光は拡散しており、その拡散光に対向して位置するレンズ面形状が凸形状であると、入射角が浅くなり、反射率が高くなる。このため、面発光レーザに対向するレンズ面形状は凹面形状が好ましい。しかし、凹面ではパワーが負のため、拡散光を平行光にすることができない。そこで、素子基板に凹面部を形成し、この凹面部内に素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材、例えば、樹脂を充填することにより機能的に凸レンズとなるマイクロレンズを形成することができる。レンズ相当部材における面発光レーザに対向する面は平坦であることが好適である。
【0029】
したがって、面発光レーザから発せられた光がマイクロレンズに当ったときの反射率を低く抑えることができ、光利用効率のよい複合光学素子を得ることができる。
【0030】
請求項記載の発明は、請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、回折格子であることを特徴とする。
【0031】
ここで、通信用に面発光レーザを用いる場合、その波長を選択的にコントロールし、多重波長の通信を行う必要がある。その時に波長の相違に対する色収差をマイクロレンズ単体で補正するのには限界がある。
【0032】
したがって、面発光レーザの基板への回折格子の実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた光を光軸以外の任意の方向に精度良く飛ばすことが可能となる。また、素子として回折格子を設けることにより、色収差に強い設計を行える。
【0033】
さらに、この回折格子の形成をフォトリソグラフィープロセスで行うことができ、素子基板への接着剤溝の形成時に同時に形成することができ、製造コストの上昇を抑えられる。
【0034】
請求項記載の発明は、請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子基板に、光伝達部品が直接接合されていることを特徴とする。
【0035】
ここで、“直接接合されている”とは、素子基板と光伝達部品とを接合する際の位置決めを、素子基板や光伝達部品を保持部材で保持することにより行うのではなく、当該部品を接合することによって当該部品の位置決めを行える状態を意味する。
【0036】
したがって、光伝達部品と素子基板とを直接接合することによって、光伝達部品を固定部材などで固定する場合に比べてその固定部材などに含まれる製造誤差の影響を受けることなく精度良く実装できる。特に、光軸方向においては、光伝達部品と素子基板とを押し当てて実装できることから、低いコストで高い実装精度を実現できる。
【0037】
請求項10記載の発明は、請求項記載の複合光学素子において、前記光伝達部品と前記素子基板との間に樹脂が介装されていることを特徴とする。
【0038】
したがって、光伝達部品と素子基板との間に空気の層が存在すると光伝達部品の端面で反射が生じるが、光伝達部品と素子基板との間に樹脂が介装されることにより素子基板と光伝達部品との間の屈折率差が小さくなるとともに反射率が低くなり、素子基板と光伝達部品との間の光結合効率が高くなる。
【0039】
請求項11記載の発明は、請求項又は記載の複合光学素子において、前記光伝達部品は光ファイバーであり、前記素子基板に前記光ファイバーの先端が挿入される固定溝が形成されていることを特徴とする。
【0040】
したがって、光ファイバーの先端を固定溝に挿入することにより、光ファイバーのずれが防止され、低コストで高い実装精度を得ることができる。
【0041】
請求項12記載の発明は、請求項11記載の複合光学素子において、前記固定溝の中心部に集光用レンズが設けられていることを特徴とする。
【0042】
したがって、光ファイバー内に入射される光が集光用レンズで集光されるので、素子基板の厚み寸法などにバラツキが生じても、確実に光ファイバーの端面でスポットを結ぶことができ、光結合効率が高くなる。
【0043】
請求項13記載の発明は、請求項11又は12記載の複合光学素子において、前記固定溝の縁部に、外方に向けて拡径するテーパー部が形成されていることを特徴とする。
【0044】
したがって、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度が高くなる。
【0045】
請求項14記載の発明は、請求項11ないし13のいずれか一記載の複合光学素子において、前記光ファイバーの先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部が形成されていることを特徴とする。
【0046】
したがって、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度が高くなる。
【0047】
なお、請求項13記載のテーパー部と請求項14記載のテーパー部とを設け、このテーパー角をほぼ同じにすることにより、固定溝のテーパー部と光ファイバーのテーパー部とが面接触し、より安定した実装状態が得られる。
【0048】
請求項15記載の発明の光トランシーバーは、請求項10ないし14のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子と、前記複合光学素子に接続されたLSIと、前記LSIに接続された電気コネクタと、を有する。
【0049】
したがって、請求項10ないし14のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子を利用することで、低コストの光トランシーバーを提供することができる。
【0056】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態を図1に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子1は、面発光レーザ2が設けられた基板である半導体レーザ基板5に、素子である電気配線3を設けた素子基板4を接着固定したものである。
【0057】
面発光レーザ2の形成に際しては、半導体レーザ基板5上にクラッド層や活性層等をエピタキシャル成長させて形成し(クラッド層や活性層の詳細については図示を省略)、形成されたクラッド層等をドライエッチングすることによりメサ6を形成する。その後、電極狭窄工程を経てメサ6やドライエッチングにより露出されたエピタキシャル面(一つのクラッド層の面)を覆うように絶縁樹脂層(ポリイミド)7を塗布する。塗布した絶縁樹脂層7に対してマスクを通して感光硬化する処理を行い、このとき、メサ6の上面部の発光領域と、素子基板4が当接される領域については感光硬化させず、有機溶剤で洗浄することにより絶縁樹脂層7を除去する。これにより、素子基板4が当接される領域ではエピタキシャル面が第1当接面10として露出する。その後、絶縁樹脂層7の上にp側電極8を形成し、半導体レーザ基板5の裏面にn側電極9を形成する。
【0058】
素子基板4は、石英により形成された基板であり、この素子基板4における面発光レーザ2の第1当接面10に当接される基板面である第2当接面11は研磨面とされている。
【0059】
素子基板4には、素子基板4を半導体レーザ基板5に接着固定するために第2当接面11を半導体レーザ基板5の第1当接面10に当接させたとき、凸形状のメサ6に対向してメサ6との衝突を避けるための凹部12と、接着剤溝13とが形成されている。これらの凹部12と接着剤溝13とは、フォトリソグラフィープロセスにより形成されている。接着剤溝13は、第2当接面11の領域内に形成され、かつ、凹部12を囲むようにリング状に形成され、少なくとも1箇所は素子基板4の端面まで伸びており、その部分が接着剤注入口とされている。
【0060】
これらの凹部12と接着剤溝13とが形成された後、素子基板4における凹部12や接着剤溝13が形成された面にアルミニウム膜が蒸着され、このアルミニウム膜をフォトリソグラフィープロセスによってパターニングすることにより素子である電気配線3が設けられている。
【0061】
面発光レーザ2への素子基板4の接着固定は、以下の手順で行われる。まず、面発光レーザ2の第1当接面10と素子基板4の第2当接面11とを当接させる。このときの当接位置の位置決めは、面発光レーザ2と素子基板4とにおけるそれぞれのフォトリソグラフィープロセスにおいてアライメントマーク(図示せず)を付けておき、そのアライメントマークを顕微鏡で観察しながら行う。これにより、数μmオーダーの位置決め精度を得ることができる。この位置合わせ終了後、接着剤14を接着剤注入口から注入する。注入された接着剤14は毛細管現象により接着剤溝13内を進行し、この接着剤14により面発光レーザ2と素子基板4とが接着固定される。接着剤14としては、紫外線照射により硬化するタイプのものが好適である。
【0062】
なお、面発光レーザ2と素子基板4とを位置合わせする際に、p側電極8と電気配線3とを結線するバンプ15を介装する。バンプ15は圧力付与により容易に変形可能な材質であり、バンプ15を介装しても第1当接面10と第2当接面11との当接状態は維持される。
【0063】
面発光レーザ2と素子基板4とを接着固定することにより、メサ6の上面部の発光領域は石英の素子基板4により覆われるが、面発光レーザ2の出射光の波長が1.3μm帯であり、石英の素子基板4はこの波長に対して透明であるので、何ら支障は生じない。
【0064】
面発光レーザ2が設けられた半導体レーザ基板5と素子基板4とを接着固定して形成された複合光学素子1は、サブマウント基板16に取付けて使用される。複合光学素子1のサブマウント基板16への取付けに際しては、n側電極9とサブマウント基板16上の電気配線(図示せず)との結線がバンプ17により行われ、電気配線3とサブマウント基板16上の他の電気配線(図示せず)との結線がバンプ18により行われている。
【0065】
このような構成において、面発光レーザ2が設けられた半導体レーザ基板5への素子である電気配線3の実装に際しては、絶縁樹脂層7を除去して露出されたエピタキシャル面である第1当接面10と、素子基板4の研磨面である第2当接面11とを当接させ、接着剤溝13に注入した接着剤14によって面発光レーザ2と素子基板4とを接着固定している。このため、半導体レーザ基板5と素子基板4とを、半導体レーザ基板5の第1当接面10と素子基板4の第2当接面11とを当接させた状態を維持したまま固定することができ、半導体レーザ基板5への電気配線3の実装を、絶縁樹脂層7やバンプ15や接着剤14の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【0066】
なお、本実施の形態では、一つの面発光レーザ2が設けられた半導体レーザ基板5とそれに対応する一つの電気配線3が設けられた素子基板4とを接着固定して一つの複合光学素子1を形成する場合を例に挙げて説明したが、複数の面発光レーザ2がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数の電気配線がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図1に示したような複合光学素子1を複数形成してもよい。
【0067】
この場合において、ウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する工程は、ウェハー状レーザ基板の基板面を被覆した絶縁樹脂層を除去して露出された基板面(図1の第1当接面10に相当)とウェハー状素子基板の基板面(図1の第2当接面11に相当)とを当接させ、それらの基板面の当接した面内の少なくとも一方に形成した接着剤溝(図1の接着剤溝13に相当)に接着剤を注入することにより行う。なお、接着剤溝の形成位置は、ダイシングによる切り離しを行った後にも、各複合光学素子(図1の複合光学素子1に相当)において面発光レーザ基板と素子基板との接着固定状態を維持できる位置に形成する。
【0068】
これにより、個々の面発光レーザの基板に対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子1を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が1回ですむので、製造コストが低減される。
【0069】
接着固定したウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とをダイシングで切り離す場合に、その一端側のダイシング位置を図1に示すように半導体レーザ基板5側と素子基板4側とでずらすことにより、そのずらした部分をバンプ18を用いた結線に好適な構造として利用することができる。
【0070】
また、半導体レーザ基板5と素子基板4とを接着剤14で接着固定する工程に関して、真空チャンバー(図示せず)を使用することが有効である。この場合には、半導体レーザ基板5の基板面(第1当接面10)と素子基板4の基板面(第2当接面11)とを当接させ、接着剤溝13を接着剤注入口を除いた部分を閉止する。このようにして基板面を当接させた半導体レーザ基板5と素子基板4とを真空チャンバー内に入れ、真空引きを行って真空チャンバー内を真空にする。このとき、半導体レーザ基板5と素子基板4との基板端部には接着剤を塗布し、仮止め状態としておく。真空引きされた真空チャンバー内で接着剤注入口を皿に満たされた接着剤に浸し、その後、真空チャンバー内の真空引きを解除する。これにより、接着剤注入口が浸されている接着剤が負圧状態となっている接着剤溝13内に吸入され、半導体レーザ基板5と素子基板4との接着固定に際して行われる接着剤溝13への接着剤14の注入を短時間で確実に行うことができ、複合光学素子1の製造の作業性が向上する。
【0071】
半導体レーザ基板5と素子基板4との接合位置の位置合わせは、半導体レーザ基板5と素子基板4とに付けられているアライメントマークを顕微鏡で観察品が行うが、真空チャンバー内に入れる前にはラフが位置合わせをし、真空チャンバーから取り出した後に高精度の位置合わせをすることができる。高精度の位置合わせを行った後、紫外線を照射して接着剤14を硬化させる。
【0072】
本発明の第2の実施の形態を図2に基づいて説明する。なお、第1の実施の形態において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する(以下の実施の形態でも同じ)。
【0073】
本実施の形態の複合光学素子21は、面発光レーザ2が設けられた半導体レーザ基板5に、素子であるマイクロレンズ22を設けた素子基板4を接着固定したものである。
【0074】
マイクロレンズ22は、素子基板4における面発光レーザ2に対向する面の反対側の面に形成されている。素子基板4におけるマイクロレンズ22が形成された面も第2当接面11と同じように研磨され、その研磨された面の上にマイクロレンズ22が形成されている。
【0075】
マイクロレンズ22は、面発光レーザ2から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ2から発せられた拡散光を平行光にできるように設計されている。さらに、このマイクロレンズ22はグレースケールマスクを用いたフォトリソグラフィープロセスにより非球面に形成され、光の波面収差を低減することができる。
【0076】
接着固定された半導体レーザ基板5と素子基板4とは、半導体レーザ基板5の第1当接面(エピタキシャル面)10と素子基板4の第2当接面(研磨面)11とが当接されており、その公差は非常に高い精度で制御されている。
【0077】
半導体レーザ基板5と素子基板4との接着固定は第1の実施の形態と同様に行われており、半導体レーザ基板5の第1当接面10と素子基板4の第2当接面11とが当接され、第2当接面11に形成した接着剤溝13に接着剤14が注入されている。
【0078】
なお、本実施の形態では図示を省略しているが、面発光レーザ2の電気的な結線は第1の実施の形態と同じように行われている。
【0079】
このような構成において、面発光レーザ2が設けられた半導体レーザ基板5への素子基板4の接着固定を、半導体レーザ基板5の第1当接面10と素子基板4の第2当接面11とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第1当接面10と第2当接面11とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板5への素子であるマイクロレンズ22の実装を、絶縁樹脂層7やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【0080】
なお、本実施の形態においても、上述した第1の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ2がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数のマイクロレンズ22がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図2に示したような複合光学素子21を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザに対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子21を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が1回ですむので、製造コストが低減される。
【0081】
本発明の第3の実施の形態を図3に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子31は、面発光レーザ2が設けられた半導体レーザ基板5に、素子であるマイクロレンズ32を設けた素子基板4を接着固定したものであり、基本的な構造は第2の実施の形態と同じである。
【0082】
本実施の形態と第2の実施の形態との異なる点は、マイクロレンズ32が形成されている位置であり、本実施の形態では、素子基板4における面発光レーザ2に対向する面に形成されている。
【0083】
マイクロレンズ32は、面発光レーザ2から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ2から発せられた拡散光を平行光にできるように設計されている。このマイクロレンズ32は、凹部12や接着剤溝13と共にフォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【0084】
このような構成において、半導体レーザ基板5への素子基板4の接着固定を、半導体レーザ基板5の第1当接面10と素子基板4の第2当接面11とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第1当接面10と第2当接面11とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板5への素子であるマイクロレンズ22の実装を、絶縁樹脂層7やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【0085】
さらに、マイクロレンズ32が素子基板4における面発光レーザ2に対向する面に形成されているので、マイクロレンズ32の実装に際して素子基板4の厚み公差の影響を受けなくなり、マイクロレンズ32と面発光レーザ2との距離の公差をより小さくすることができ、半導体レーザ基板5に対するマイクロレンズ32の実装精度をより高めることができる。
【0086】
なお、本実施の形態においても、上述した第1の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ2がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数のマイクロレンズ32がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図3に示したような複合光学素子31を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザの基板に対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子31を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が1回ですむので、製造コストが低減される。
【0087】
本発明の第4の実施の形態を図4に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子41は、面発光レーザ2が設けられた半導体レーザ基板5に、素子である回折格子42を設けた素子基板4を接着固定したものである。素子基板4と面発光レーザ2との接着固定構造は上述した各実施の形態と同じであり、回折格子42は第3の実施の形態のマイクロレンズ32と同じように、素子基板4における面発光レーザ2に対向する面に形成されている。
【0088】
回折格子42は、面発光レーザ2から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ2から発せられた拡散光を光軸以外の任意の方向に向けて飛ばすことができるように設計されている。回折格子42は、凹部12や接着剤溝13と共にフォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【0089】
このような構成において、半導体レーザ基板5への素子基板4の接着固定を、半導体レーザ基板5の第1当接面10と素子基板4の第2当接面11とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第1当接面10と第2当接面11とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板5への素子である回折格子42の実装を、絶縁樹脂層7やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【0090】
さらに、回折格子42が素子基板4における面発光レーザ2に対向する面に形成されているので、回折格子42の実装に際して素子基板4の厚み公差の影響を受けなくなり、回折格子42と面発光レーザ2との距離の公差をより小さくすることができ、面発光レーザ2に対する回折格子42の実装精度をより高めることができる。
【0091】
なお、本実施の形態においても、上述した第1の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ2がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数の回折格子42がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図4に示したような複合光学素子41を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザの基板に対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子41を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が1回ですむので、製造コストが低減される。
【0092】
本発明の第5の実施の形態を図5及び図6に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子51は、面発光レーザ2が設けられた半導体レーザ基板5に、素子であるマイクロレンズ52を設けた素子基板4を接着固定したものである。このマイクロレンズ52は、石英の素子基板4に凹面部53を形成し、この凹面部53にレンズ相当部材である樹脂54を充填することにより形成されている。樹脂54は、石英より屈折率の大きなものが使用されている。凹面部53に樹脂54を充填して構成されたマイクロレンズ52は、凸レンズとして機能する。
【0093】
マイクロレンズ52は、面発光レーザ2から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ2から発せられた拡散光を平行光にできるように設計されている。この凹面部53は、凹部12や接着剤溝13と共にフォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【0094】
このような構成において、面発光レーザ2が設けられた半導体レーザ基板5への素子基板4の接着固定を、半導体レーザ基板5の第1当接面10と素子基板4の第2当接面11とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第1当接面10と第2当接面11とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板5への素子であるマイクロレンズ52の実装を、絶縁樹脂層7やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【0095】
図6は、マイクロレンズの入射面が凸形状の場合(a)と平坦な場合(b)とにおける入射角の違いを説明する説明図である。面発光レーザ2から発せられる拡散光に対向して位置するレンズの形状が(a)に示すように凸形状であると、レンズ接線に対する光の入射角(θ1)が浅くなり、反射率が高くなる。このため、面発光レーザ2に対向するレンズ形状は凹面形状が好ましい。しかし、凹面ではパワーが負のため、拡散光を平行光にすることができない。そこで、素子基板4に凹面部53を形成し、この凹面部53内に素子基板4よりも屈折率の大きいレンズ相当部材、例えば、樹脂54を充填して機能的に凸レンズとなるマイクロレンズ52を形成することにより、このマイクロレンズ52のレンズ接線に対する光の入射角(θ2)が深くなって反射率が低くなり、反射が少なく光利用効率のよい複合光学素子51を得ることができる。
【0096】
なお、本実施の形態においても、上述した第1の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ2がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数のマイクロレンズ52がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図5に示したような複合光学素子51を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザに対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子51を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が1回ですむので、製造コストが低減される。
【0097】
本発明の第6の実施の形態を図7に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子61は、上述した第3の実施の形態(図3参照)で説明した面発光レーザ2とマイクロレンズ32との組み合わせをアレイ状にしたものである。この複合光学素子61は、複数の面発光レーザ2がアレイ状に配列された基板であるウェハー状レーザ基板62と、複数のマイクロレンズ32がアレイ状に配列された素子基板であるウェハー状素子基板63とを接着固定することにより形成されている。
【0098】
ウェハー状レーザ基板62とウェハー状素子基板63との接着固定は、ウェハー状レーザ基板62のエピタキシャル面を第1当接面10として露出させ、この第1当接面10とウェハー状素子基板63の研磨面である第2当接面11とを当接させ、第1当接面10に形成した接着剤溝13に接着剤14を注入することにより行われている。
【0099】
このような構成において、この複合光学素子61では、隣り合う面発光レーザ2、及び、隣り合うマイクロレンズ32を精度良く位置決めできるので、複数の面発光レーザ2とマイクロレンズ32とをアレイ状に配列した場合でも隣接する面発光レーザ2間でのクロストークの発生を防止できる。
【0100】
本発明の第7の実施の形態を図8に基づいて説明する。本実施の形態では、上述した第6の実施の形態(図7参照)で説明したように、複数の面発光レーザ2をアレイ状に配列した基板であるウェハー状レーザ基板62と、複数のマイクロレンズ32をアレイ状に配列した素子基板であるウェハー状素子基板63とが接着剤溝13に注入された接着剤14によって接着固定されている。その後、ウェハー状レーザ基板62とウェハー状素子基板63とを所定のダイシング位置でダイシングすることにより、マイクロレンズ32と面発光レーザ2とが1つずつ組となった複数の複合光学素子が形成される。
【0101】
ウェハー状素子基板63におけるウェハー状レーザ基板62に対向する基板面には電極用溝64が形成されている。この電極用溝64は、接着固定したウェハー状レーザ基板62とウェハー状素子基板63とをダイシングしてそれぞれ1つの面発光レーザ2と1つのマイクロレンズ32とを備えた複合光学素子を作製する際に、そのダイシングを行う位置を含む位置に形成されている。
【0102】
このような構成において、接着固定したウェハー状素子基板63とウェハー状レーザ基板62とのダイシングを、ウェハー状素子基板63から一度に行うことができる。Aはこのときのダイシング位置であり、このダイシングによって電極用溝64が露出される。
【0103】
Aのダイシング位置でダイシングすることによりそれぞれ1つの面発光レーザ2とマイクロレンズ32とを含む複数の複合光学素子1を作成した後、素子基板側をBの位置でダイシングすることにより、面発光レーザ2側の基板端面とマイクロレンズ32側の基板端面とにずれを生じさせることができ、このずれを生じた部分でワイヤボンディング等を行うことにより面発光レーザ2の電極との結線を行える。このBの位置でダイシングする場合、そのダイシング停止位置を電極用溝64の高さ寸法内とすればよく、ダイシング停止位置を高精度に制御しなくともダイシング時にウェハー状レーザ基板62を傷付けることがなく、ダイシング作業の作業性が向上する。
【0104】
本発明の第8の実施の形態を図9及び図10に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子71は、上述した第3の実施の形態(図3参照)で説明した複合光学素子の素子基板4に対して、光伝達部品である光ファイバー72が直接接合されている。
【0105】
素子基板4に対する光ファイバー72の接合は、素子基板4に固定溝73を形成し、固定溝73に光ファイバー72の先端を挿入することにより行われている。固定溝73の内径寸法は、光ファイバー72の外径寸法と略同じに設定されている。固定溝73は、フォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【0106】
光ファイバー72の先端部と固定溝73の底面との間には、樹脂74が注入されている。
【0107】
図10は、光ファイバー72が直接接合された複合光学素子71を用いた光トランシーバー75の概略を示したものである。この光トランシーバー75は、光ファイバー72が直接接合された複合光学素子71、この複合光学素子71に電気配線用ワイヤ76を介して接続されたLSI77、LSI77に電気配線用ワイヤ76で接続された電気コネクタ78、光ファイバー72を保持するV溝が形成されたサブマウント79、LSI77等が実装されたステム80等により構成されている。なお、本実施の形態では4本の光ファイバー72が用いられており、各光ファイバー72が接合された4つの複複合光学素子71はサブマウント基板16に取付けられている。
【0108】
このような構成において、光ファイバー72が素子基板4に直接接合されているので、素子基板4に対する光ファイバー72の実装精度が高くなる。特に、光軸方向においては、光ファイバー72と素子基板4とを押し当てるだけでよく、低いコストで高い実装精度を実現できる。
【0109】
さらに、光ファイバー72の先端を固定溝73に挿入しているため、光ファイバー72の光軸と直交する方向の位置ずれが防止され、光軸と直交する方向についても低コストで高い実装精度を得ることができる。
【0110】
光ファイバー72と素子基板4との間に空気の層が存在した場合には、光ファイバー72の端面で反射が生じる。しかし、本実施の形態では、光ファイバー72の先端部と固定溝73の底面との間に樹脂74が注入されているため、光ファイバー72と素子基板4との間に空気の層が存在しなくなり、素子基板4と光ファイバー72との間の屈折率差が小さくなるとともに反射率が低くなり、素子基板4と光ファイバー72との間の光結合効率が高くなる。
【0111】
本発明の第9の実施の形態を図11に基づいて説明する。本実施の形態の光複合素子81の基本的構造は第8の実施の形態(図9参照)と同じであり、素子基板4に固定溝73が形成され、この固定溝73に光ファイバー72の先端が挿入されている。
【0112】
さらに、固定溝73の中心部に集光用レンズ82が設けられている。この集光用レンズ82は、面発光レーザ2側のマイクロレンズ32で平行光にされた光を光ファイバー72に集光する機能を有している。また、この集光用レンズ82もマイクロレンズ32と同様に、グレースケールマスクを用いる半導体プロセスによって非球面形状に形成されている。
【0113】
固定溝73の縁部には、外方に向けて拡径するテーパー部83が形成されている。さらに、光ファイバー72の先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部84が形成されている。テーパー部83とテーパー部84とのテーパー角は略同じ角度に設定されている。
【0114】
このような構成において、光ファイバー72内に入射される光が集光用レンズ82で集光されるので、素子基板4の厚み寸法などにバラツキが生じても、確実に光ファイバー72の端面でスポットを結ぶことができ、光結合効率が高くなる。
【0115】
また、固定溝73の縁部にテーパー部83を形成し、及び、光ファイバー72の先端部にテーパー部84を形成し、これらテーパー部83,84のテーパー角を略同じ角度にすることにより、固定溝73に光ファイバー72の先端部を挿入したとき、テーパー部83とテーパー部84とが面接触し、光ファイバー72の実装状態がより安定する。
【0116】
【発明の効果】
請求項1記載の発明の複合光学素子によれば、これにより、面発光レーザの第1当接面と素子基板の第2当接面とを当接させた状態を維持したまま面発光レーザの基板と素子基板とを固定することができ、これにより、面発光レーザの基板への素子の実装を、面発光レーザの基板の基板面を被覆した絶縁樹脂層の厚みや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。特に、面発光レーザを有する基板と素子を設けた素子基板とを接着固定した後にダイシングを行うことにより電極用溝が露出され、この電極用溝でワイヤボンディング等を行うことができる。このダイシングに際して、基板と素子基板との端面がずれたようにダイシングする場合には、このダイシングの停止位置を電極用溝の高さ寸法内とすればよく、高精度のダイシング停止位置が要求されず、ダイシング作業の作業性が向上する。
【0117】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の複合光学素子において、前記第1当接面はエピタキシャル面であり、前記第2当接面は研磨面であるので、これらの第1当接面と第2当接面とがともに高精度に平滑に形成されており、固定された面発光レーザの基板と素子基板とは高い平行度を維持され、面発光レーザの基板への素子の実装精度をより高くすることができる。
【0118】
請求項3記載の発明によれば、請求項1又は2記載の複合光学素子において、前記素子は、前記素子基板における前記面発光レーザに対向する面側に配置されているので、素子と面発光レーザとの距離に関して、素子基板の厚み公差の影響をなくして素子と面発光レーザとの距離の公差を小さくすることができ、面発光レーザに対する素子の実装精度を高めることができる。
【0119】
請求項4記載の発明によれば、請求項1ないし3のいずれか一記載の複合光学素子において、前記面発光レーザと前記素子とがアレイ状に配列されているので、この複合光学素子では、面発光レーザの基板への素子の実装を簡便に精度良く行うことができ、これらの面発光レーザと素子とをアレイ状に配列した場合でも各面発光レーザから発せられる光を平行光とすることができ、これにより、隣接する面発光レーザから発せられる光のクロストークの発生を防止できる。
【0121】
請求項記載の発明によれば、請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、電気配線であるので、面発光レーザの基板への電気配線の実装精度が高くなり、面発光レーザへの通電を高精度に行える。
【0122】
請求項記載の発明は、請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、マイクロレンズであるので、面発光レーザの基板へのマイクロレンズの実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた拡散光を高精度に平行光にすることができる。
【0123】
請求項記載の発明によれば、請求項記載の複合光学素子において、前記マイクロレンズが、前記素子基板に形成された凹面部とこの凹面部内に凸レンズを構成するように充填された前記素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材とよりなるので、面発光レーザから発せられた光がマイクロレンズに当ったときの反射率を低く抑えることができ、光利用効率のよい複合光学素子を得ることができる。
【0124】
請求項記載の発明によれば、請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、回折格子であるので、面発光レーザの基板への回折格子の実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた光を光軸以外の任意の方向に精度良く飛ばすことが可能となる。
【0125】
請求項記載の発明によれば、請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子基板に、光伝達部品が直接接合されているので、光伝達部品を固定部材などで固定する場合に比べてその固定部材などに含まれる製造誤差の影響を受けることなく精度良く実装することができ、特に、光軸方向においては、光伝達部品と素子基板とを押し当てて実装できることから、低いコストで高い実装精度を実現できる。
【0126】
請求項10記載の発明によれば、請求項記載の複合光学素子において、前記光伝達部品と前記素子基板との間に樹脂が介装されているので、光伝達部品と素子基板との間に樹脂が介装されることにより素子基板と光伝達部品との間の屈折率差が小さくなるとともに反射率が低くなり、素子基板と光伝達部品との間の光結合効率を高めることができる。
【0127】
請求項11記載の発明によれば、請求項又は記載の複合光学素子において、前記光伝達部品は光ファイバーであり、前記素子基板に前記光ファイバーの先端が挿入される固定溝が形成されているので、光ファイバーの先端を固定溝に挿入することにより光ファイバーのずれを防止でき、低コストで高い実装精度を得ることができる。
【0128】
請求項12記載の発明によれば、請求項11記載の複合光学素子において、前記固定溝の中心部に集光用レンズが設けられているので、光ファイバー内に入射される光が集光用レンズで集光されるので、素子基板の厚み寸法などにバラツキが生じても、確実に光ファイバーの端面でスポットを結ぶことができ、光結合効率を高めることができる。
【0129】
請求項13記載の発明によれば、請求項11又は12記載の複合光学素子において、前記固定溝の縁部に、外方に向けて拡径するテーパー部が形成されているので、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度を高めることができる。
【0130】
請求項14記載の発明によれば、請求項11ないし13のいずれか一記載の複合光学素子において、前記光ファイバーの先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部が形成されているので、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度を高めることができる。
【0131】
請求項15記載の発明の光トランシーバーによれば、請求項10ないし14のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子を利用することで、低コストの光トランシーバーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図5】本発明の第5の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図6】マイクロレンズの入射面が凸形状の場合(a)と平坦な場合(b)とにおける入射角の違いを説明する説明図である
【図7】本発明の第6の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図8】本発明の第7の実施の形態の複合光学素子の製造工程におけるダイシング前の状態を示す縦断正面図である。
【図9】本発明の第8の実施の形態の複合光学素子を概略構造を示す縦断正面図である。
【図10】その複合光学素子を用いた光トランシーバーの概略を示す斜視図である。
【図11】本発明の第9の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
1 複合光学素子
2 面発光レーザ
3 素子、電気配線
4 素子基板
5 基板
7 絶縁樹脂層
10 基板面、第1当接面、エピタキシャル面
11 基板面、第2当接面、研磨面
13 接着剤溝
14 接着剤
21 複合光学素子
22 素子、マイクロレンズ
31 複合光学素子
32 素子、マイクロレンズ
41 複合光学素子
42 素子、回折格子
51 複合光学素子
52 素子、マイクロレンズ
53 凹面部
54 レンズ相当部材
61 複合光学素子
62 基板、ウェハー状レーザ基板
63 素子基板、ウェハー状素子基板
64 電極用溝
71 複合光学素子
72 光伝達部品、光ファイバー
73 固定溝
74 樹脂
77 LSI
78 電気コネクタ
81 複合光学素子
82 集光用レンズ
83 テーパー部
84 テーパー部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a composite optical element., AndRelated to optical transceivers.
[0002]
[Prior art]
In recent years, surface-emitting lasers have become increasingly useful as key devices for parallel optical interconnection. In its practical use, high mounting accuracy is required unlike conventional electric wiring. Therefore, a method for mounting an optical element using a member processed with extremely high precision by using a semiconductor process or the like and using the surface of the member as a reference surface has been studied. This highly processed member is called MOB (Micro-Optical Bench), and the mounting method using this MOB (MOB mounting method) is a very important technique for satisfying various requirements. This MOB mounting method also plays a major role in mounting a two-dimensional microlens array or the like. However, such a MOB mounting method still has a big problem in terms of manufacturing cost, and is particularly one of the biggest problems in electrical connection of a surface emitting laser and optical coupling with a microlens. .
[0003]
Thus, a method of directly attaching an element such as a microlens to a surface emitting laser substrate without using an MOB has been studied (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-31747 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, an insulating resin such as polyimide is applied on the surface side of the substrate of the surface emitting laser by spin coating or the like in order to insulate the etched portion when forming the surface emitting laser, and the insulating resin is applied. The unevenness of the finished surface reaches several μm. For this reason, even if the optical element is directly mounted on the surface to which the insulating resin is applied, high mounting accuracy cannot be obtained.
[0006]
In addition, as a method for fixing the substrate of the surface emitting laser and the element substrate provided with the element, a method in which an adhesive is sandwiched between the substrate and the element substrate is also conceivable. However, due to variations in the thickness of the adhesive, It is difficult to achieve accuracy. The fixing method using a bump or the like similarly has an accuracy of several μm, and a problem remains.
[0007]
An object of the present invention is to increase the mounting accuracy with a simple configuration when various elements are mounted on a substrate of a surface emitting laser.
[0008]
Another object of the present invention is to perform high-precision bonding of a light transmission component such as an optical fiber to an element substrate with a simple configuration.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The invention according to claim 1 is a composite optical element in which an element is mounted on a substrate of a surface emitting laser, wherein the substrateThe firstA first contact surface; a second contact surface that is a substrate surface of the element substrate on which the element is provided and is in contact with the first contact surface; the first contact surface and the second contact surface; An adhesive groove formed on at least one of the surfaces in contact with the surface, and the first contact surface and the second contact surface that are injected into the adhesive groove are positioned at the contact positions. And an adhesive that bonds and fixes the substrate and the element substrate.Then, an electrode groove is formed on the surface of the element substrate facing the substrate, and dicing is performed at the position of the electrode groove.It is characterized by that.
[0010]
Here, the “element” includes an element having various electrical, mechanical, and optical functions, and particularly indicates an element that is highly useful when mounted on a surface emitting laser. For example, electrical wiring, a cover for fixing or protecting a surface emitting laser, a member having a lens function, and the like are applicable.
[0011]
The “adhesive groove” may be formed on only one of the first contact surface and the second contact surface, or may be formed on both.
[0012]
  Therefore, the mounting of the element on the substrate of the surface emitting laser includes the first contact surface which is a part of the substrate surface of the substrate of the surface emitting laser, and the second contact surface which is a part of the substrate surface of the element substrate. The surface emitting laser substrate is fixed to the element substrate by injecting the adhesive into the adhesive groove and fixing the surface emitting laser substrate and the element substrate. Thereby, the substrate of the surface emitting laser and the element substrate can be fixed while maintaining the state in which the first contact surface of the surface emitting laser and the second contact surface of the element substrate are in contact with each other. The element is mounted on the substrate of the light emitting laser with an accurate and simple structure by removing error factors such as the thickness of the insulating resin layer covering the substrate surface of the surface emitting laser substrate and the thickness of the adhesive. be able to.In particular, the electrode groove is exposed by dicing after bonding the substrate having the surface emitting laser and the element substrate provided with the element, and wire bonding or the like can be performed with the electrode groove. When dicing so that the end surfaces of the substrate and the element substrate are shifted during dicing, the dicing stop position may be set within the height dimension of the electrode groove, and a highly accurate dicing stop position is required. Therefore, the workability of dicing work is improved.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the composite optical element according to the first aspect, the first contact surface is an epitaxial surface, and the second contact surface is a polished surface.
[0014]
Here, the “epitaxial surface” is a surface formed by a chemical vapor deposition method, and is formed smoothly with high accuracy. The “polishing surface” is also formed smoothly with high accuracy.
[0015]
Therefore, since both the first contact surface and the second contact surface are formed smoothly with high accuracy, the fixed surface-emitting laser substrate and the element substrate are maintained in high parallelism, and the surface-emitting laser is maintained. The mounting accuracy of the element on the substrate becomes higher.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the composite optical element according to the first or second aspect, the element is disposed on a surface side of the element substrate facing the surface emitting laser.
[0017]
Therefore, when an element is provided on the element substrate, the element is disposed on the side of the element substrate facing the surface emitting laser, thereby eliminating the influence of the thickness tolerance of the element substrate with respect to the distance between the element and the surface emitting laser. Thus, the tolerance of the distance between the element and the surface emitting laser can be reduced, and the mounting accuracy of the element with respect to the surface emitting laser is increased.
[0018]
According to a fourth aspect of the invention, in the composite optical element according to any one of the first to third aspects, the surface emitting laser and the element are arranged in an array.
[0019]
Therefore, in this composite optical element, the surface-emitting laser can be easily and accurately mounted on the substrate, and even when these surface-emitting lasers and elements are arranged in an array, each surface-emitting laser can emit light. The generated light becomes parallel light, thereby preventing the occurrence of crosstalk of light emitted from the adjacent surface emitting laser.
[0021]
Accordingly, the electrode groove is exposed by dicing after bonding the substrate having the surface emitting laser and the element substrate provided with the element, and wire bonding or the like can be performed by the electrode groove. When dicing so that the end surfaces of the substrate and the element substrate are shifted during dicing, the dicing stop position may be set within the height dimension of the electrode groove, and a highly accurate dicing stop position is required. Therefore, the workability of dicing work is improved.
[0022]
  Claim5The invention described in claim 1 to claim 14The composite optical element according to any one of the above, wherein the element is an electrical wiring.
[0023]
Accordingly, the mounting accuracy of the electric wiring on the substrate of the surface emitting laser is increased, and the energization to the surface emitting laser can be performed with high accuracy.
[0024]
  Claim6The invention described in claim 1 to claim 14The composite optical element according to any one of the above, wherein the element is a microlens.
[0025]
Therefore, the mounting accuracy of the microlens on the substrate of the surface emitting laser is increased, and the diffused light emitted from the surface emitting laser can be converted into parallel light with high accuracy. Furthermore, the mounting tolerance in the optical axis direction of the surface emitting laser can be increased by making the diffused light emitted from the surface emitting laser parallel by using a microlens as an element.
[0026]
As this microlens, a microlens formed by a photolithography process using a gray scale mask is preferable in that it can be formed into an arbitrary aspherical shape.
[0027]
  Claim7The described invention is claimed.6In the described composite optical element, the microlens includes a concave surface portion formed on the element substrate and a lens equivalent member having a refractive index larger than that of the element substrate filled so as to form a convex lens in the concave surface portion. It is characterized by that.
[0028]
Here, the light emitted from the surface emitting laser is diffused, and if the lens surface shape facing the diffused light is a convex shape, the incident angle becomes shallow and the reflectance becomes high. For this reason, the lens surface shape facing the surface emitting laser is preferably a concave shape. However, since the power is negative on the concave surface, the diffused light cannot be converted into parallel light. Accordingly, a concave surface portion is formed on the element substrate, and a lens-equivalent member having a refractive index higher than that of the element substrate, for example, a resin, is filled into the concave surface portion to form a functionally convex microlens. The surface facing the surface emitting laser in the lens equivalent member is preferably flat.
[0029]
Therefore, the reflectance when the light emitted from the surface emitting laser hits the microlens can be kept low, and a composite optical element with high light utilization efficiency can be obtained.
[0030]
  Claim8The invention described in claim 1 to claim 14The composite optical element according to any one of the above, wherein the element is a diffraction grating.
[0031]
Here, when a surface emitting laser is used for communication, it is necessary to selectively control the wavelength and perform multi-wavelength communication. At that time, there is a limit in correcting the chromatic aberration with respect to the difference in wavelength with a single microlens.
[0032]
Accordingly, the mounting accuracy of the diffraction grating on the substrate of the surface emitting laser is increased, and the light emitted from the surface emitting laser can be accurately emitted in any direction other than the optical axis. Further, by providing a diffraction grating as an element, a design that is resistant to chromatic aberration can be performed.
[0033]
Furthermore, the diffraction grating can be formed by a photolithography process, and can be formed simultaneously with the formation of the adhesive groove on the element substrate, thereby suppressing an increase in manufacturing cost.
[0034]
  Claim9The invention described in claim 1 to claim 18The composite optical element according to any one of the above, wherein a light transmission component is directly bonded to the element substrate.
[0035]
Here, “directly bonded” means that the positioning when the element substrate and the light transmission component are bonded is not performed by holding the element substrate or the light transmission component by the holding member, It means a state where the parts can be positioned by joining.
[0036]
Therefore, by directly joining the light transmission component and the element substrate, the light transmission component can be mounted with high accuracy without being affected by a manufacturing error included in the fixing member or the like as compared with the case where the light transmission component is fixed by the fixing member or the like. In particular, in the optical axis direction, since the light transmission component and the element substrate can be pressed and mounted, high mounting accuracy can be realized at low cost.
[0037]
  Claim10The described invention is claimed.9The composite optical element described above is characterized in that a resin is interposed between the light transmission component and the element substrate.
[0038]
Therefore, if there is an air layer between the light transmission component and the element substrate, reflection occurs at the end face of the light transmission component. However, the resin is interposed between the light transmission component and the element substrate. The difference in refractive index between the light transmission component and the reflectance decreases, and the optical coupling efficiency between the element substrate and the light transmission component increases.
[0039]
  Claim11The described invention is claimed.8Or9In the composite optical element described above, the light transmission component is an optical fiber, and a fixing groove into which the tip of the optical fiber is inserted is formed in the element substrate.
[0040]
Therefore, by inserting the tip of the optical fiber into the fixing groove, the optical fiber is prevented from shifting, and high mounting accuracy can be obtained at low cost.
[0041]
  Claim12The described invention is claimed.11In the composite optical element described above, a condensing lens is provided at the center of the fixed groove.
[0042]
Therefore, since the light incident on the optical fiber is collected by the condensing lens, even if the thickness dimension of the element substrate varies, the spot can be surely connected at the end face of the optical fiber, and the optical coupling efficiency Becomes higher.
[0043]
  Claim13The described invention is claimed.11Or12The composite optical element described above is characterized in that a taper portion whose diameter increases outward is formed at an edge portion of the fixed groove.
[0044]
Therefore, the optical fiber can be surely inserted into the fixed groove without providing play between the fixed groove and the optical fiber, and the tapered portion functions to guide the optical fiber inserted into the fixed groove to the center of the fixed groove. Therefore, the mounting accuracy of the optical fiber is increased.
[0045]
  Claim14The described invention is claimed.11Or13In the composite optical element according to any one of the above, a taper portion whose diameter is reduced toward the distal end side is formed at the distal end portion of the optical fiber.
[0046]
Therefore, the optical fiber can be surely inserted into the fixed groove without providing play between the fixed groove and the optical fiber, and the tapered portion functions to guide the optical fiber inserted into the fixed groove to the center of the fixed groove. Therefore, the mounting accuracy of the optical fiber is increased.
[0047]
  Claims13Claimed taper and claim14By providing the taper portion described above and making the taper angles substantially the same, the taper portion of the fixed groove and the taper portion of the optical fiber are in surface contact, and a more stable mounting state is obtained.
[0048]
  Claim15The optical transceiver of the described invention is claimed.10Or14A composite optical element directly bonded to the optical fiber, an LSI connected to the composite optical element, and an electrical connector connected to the LSI.
[0049]
  Therefore, the claims10Or14A low-cost optical transceiver can be provided by using the composite optical element in which the optical fibers according to any one of the above are directly joined.
[0056]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The composite optical element 1 of the present embodiment is obtained by bonding and fixing an element substrate 4 provided with electric wirings 3 as elements to a semiconductor laser substrate 5 as a substrate provided with a surface emitting laser 2.
[0057]
  When forming the surface emitting laser 2HalfA clad layer, an active layer, and the like are formed by epitaxial growth on the conductor laser substrate 5 (details of the clad layer and the active layer are not shown), and the mesa 6 is formed by dry etching the formed clad layer and the like. . Thereafter, an insulating resin layer (polyimide) 7 is applied so as to cover the mesa 6 and the epitaxial surface exposed by dry etching (surface of one clad layer) through an electrode constriction process. The coated insulating resin layer 7 is subjected to a photocuring treatment through a mask. At this time, the light emitting region on the upper surface of the mesa 6 and the region where the element substrate 4 is brought into contact are not photocured and are made with an organic solvent. The insulating resin layer 7 is removed by washing. As a result, the epitaxial surface is exposed as the first contact surface 10 in the region where the element substrate 4 is in contact. Thereafter, the p-side electrode 8 is formed on the insulating resin layer 7, and the n-side electrode 9 is formed on the back surface of the semiconductor laser substrate 5.
[0058]
The element substrate 4 is a substrate formed of quartz, and a second contact surface 11 that is a substrate surface that contacts the first contact surface 10 of the surface emitting laser 2 in the element substrate 4 is a polishing surface. ing.
[0059]
When the second contact surface 11 is brought into contact with the first contact surface 10 of the semiconductor laser substrate 5 in order to adhere and fix the element substrate 4 to the semiconductor laser substrate 5, the element substrate 4 has a convex mesa 6. A recess 12 for avoiding a collision with the mesa 6 and an adhesive groove 13 are formed. These recesses 12 and adhesive grooves 13 are formed by a photolithography process. The adhesive groove 13 is formed in the area of the second contact surface 11 and is formed in a ring shape so as to surround the recess 12, and at least one portion extends to the end surface of the element substrate 4. It is an adhesive inlet.
[0060]
After the recesses 12 and the adhesive grooves 13 are formed, an aluminum film is deposited on the surface of the element substrate 4 where the recesses 12 and the adhesive grooves 13 are formed, and the aluminum film is patterned by a photolithography process. The electric wiring 3 which is an element is provided.
[0061]
The element substrate 4 is bonded and fixed to the surface emitting laser 2 by the following procedure. First, the first contact surface 10 of the surface emitting laser 2 is brought into contact with the second contact surface 11 of the element substrate 4. Positioning of the contact position at this time is performed while attaching an alignment mark (not shown) in each photolithography process in the surface emitting laser 2 and the element substrate 4 and observing the alignment mark with a microscope. Thereby, positioning accuracy on the order of several μm can be obtained. After the alignment is completed, the adhesive 14 is injected from the adhesive injection port. The injected adhesive 14 advances in the adhesive groove 13 by capillary action, and the surface emitting laser 2 and the element substrate 4 are bonded and fixed by the adhesive 14. The adhesive 14 is preferably of a type that is cured by ultraviolet irradiation.
[0062]
When the surface emitting laser 2 and the element substrate 4 are aligned, bumps 15 for connecting the p-side electrode 8 and the electric wiring 3 are interposed. The bump 15 is made of a material that can be easily deformed by applying pressure, and the contact state between the first contact surface 10 and the second contact surface 11 is maintained even when the bump 15 is interposed.
[0063]
By bonding and fixing the surface emitting laser 2 and the element substrate 4, the light emitting region of the upper surface portion of the mesa 6 is covered with the quartz element substrate 4, but the wavelength of the emitted light of the surface emitting laser 2 is in the 1.3 μm band. There is no problem because the quartz element substrate 4 is transparent to this wavelength.
[0064]
The composite optical element 1 formed by bonding and fixing the semiconductor laser substrate 5 provided with the surface emitting laser 2 and the element substrate 4 is attached to the submount substrate 16 for use. When the composite optical element 1 is attached to the submount substrate 16, the n-side electrode 9 and electrical wiring (not shown) on the submount substrate 16 are connected by the bumps 17, and the electrical wiring 3 and the submount substrate are connected. Connection with other electrical wirings (not shown) on 16 is made by bumps 18.
[0065]
In such a configuration, when mounting the electrical wiring 3 as an element on the semiconductor laser substrate 5 provided with the surface emitting laser 2, the first contact which is the epitaxial surface exposed by removing the insulating resin layer 7. The surface 10 and the second contact surface 11 which is the polishing surface of the element substrate 4 are brought into contact with each other, and the surface emitting laser 2 and the element substrate 4 are bonded and fixed by the adhesive 14 injected into the adhesive groove 13. . Therefore, the semiconductor laser substrate 5 and the element substrate 4 are fixed with the first contact surface 10 of the semiconductor laser substrate 5 and the second contact surface 11 of the element substrate 4 kept in contact with each other. The electrical wiring 3 can be mounted on the semiconductor laser substrate 5 with high accuracy and with a simple structure by removing error factors such as the thickness of the insulating resin layer 7, the bumps 15, and the adhesive 14. .
[0066]
In the present embodiment, the semiconductor laser substrate 5 provided with one surface emitting laser 2 and the element substrate 4 provided with one electrical wiring 3 corresponding thereto are bonded and fixed to one composite optical element 1. As an example, a wafer-like element in which a plurality of surface-emitting lasers 2 are provided in an array and a plurality of electrical wirings are provided in an array is described. A plurality of composite optical elements 1 as shown in FIG. 1 may be formed by forming a substrate, adhering and fixing the wafer-like laser substrate and the wafer-like element substrate with an adhesive, and separating them by dicing. .
[0067]
In this case, the step of adhering and fixing the wafer-shaped laser substrate and the wafer-shaped element substrate is performed by removing the insulating resin layer covering the substrate surface of the wafer-shaped laser substrate and exposing the substrate surface (first contact in FIG. 1). The contact surface 10) and the substrate surface of the wafer-like element substrate (corresponding to the second contact surface 11 in FIG. 1) are brought into contact with each other, and the adhesive formed on at least one of the contact surfaces of the substrate surfaces This is performed by injecting an adhesive into the agent groove (corresponding to the adhesive groove 13 in FIG. 1). It should be noted that the adhesive groove formation position can maintain the adhesive fixing state between the surface emitting laser substrate and the element substrate in each composite optical element (corresponding to the composite optical element 1 in FIG. 1) even after separation by dicing. Form in position.
[0068]
As a result, as compared with the case where the element substrate is bonded and fixed to the substrate of each surface emitting laser, the operation of bonding and fixing the wafer-shaped laser substrate and the wafer-shaped element substrate performed when forming the plurality of composite optical elements 1 Since only one time is required, the manufacturing cost is reduced.
[0069]
When the wafer-like laser substrate and the wafer-like element substrate bonded and fixed are separated by dicing, the dicing position on one end side is shifted between the semiconductor laser substrate 5 side and the element substrate 4 side as shown in FIG. The shifted portion can be used as a structure suitable for connection using the bumps 18.
[0070]
It is also effective to use a vacuum chamber (not shown) for the process of bonding and fixing the semiconductor laser substrate 5 and the element substrate 4 with the adhesive 14. In this case, the substrate surface (first contact surface 10) of the semiconductor laser substrate 5 and the substrate surface (second contact surface 11) of the element substrate 4 are brought into contact with each other, and the adhesive groove 13 is formed as an adhesive inlet. Close the part except for. The semiconductor laser substrate 5 and the element substrate 4 which are brought into contact with each other in this way are placed in a vacuum chamber and evacuated to create a vacuum in the vacuum chamber. At this time, an adhesive is applied to the end portions of the semiconductor laser substrate 5 and the element substrate 4 to temporarily fix them. The adhesive inlet is dipped in the adhesive filled in the dish in the vacuumed vacuum chamber, and then the vacuuming in the vacuum chamber is released. As a result, the adhesive in which the adhesive injection port is immersed is sucked into the adhesive groove 13 in a negative pressure state, and the adhesive groove 13 is performed when the semiconductor laser substrate 5 and the element substrate 4 are bonded and fixed. The adhesive 14 can be reliably injected into the substrate in a short time, and the workability of manufacturing the composite optical element 1 is improved.
[0071]
The alignment position of the semiconductor laser substrate 5 and the element substrate 4 is aligned with the observation mark with the microscope using the alignment mark attached to the semiconductor laser substrate 5 and the element substrate 4. After the rough aligns and removes from the vacuum chamber, it can be aligned with high accuracy. After highly accurate alignment, the adhesive 14 is cured by irradiating with ultraviolet rays.
[0072]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same part as the part demonstrated in 1st Embodiment is shown with the same code | symbol, and description is also abbreviate | omitted (the following embodiment is also the same).
[0073]
The composite optical element 21 of the present embodiment is obtained by bonding and fixing an element substrate 4 provided with a microlens 22 as an element to a semiconductor laser substrate 5 provided with a surface emitting laser 2.
[0074]
The microlens 22 is formed on the surface of the element substrate 4 opposite to the surface facing the surface emitting laser 2. The surface of the element substrate 4 on which the microlenses 22 are formed is also polished in the same manner as the second contact surface 11, and the microlenses 22 are formed on the polished surfaces.
[0075]
The microlens 22 is disposed in front of the light emitted from the surface emitting laser 2 and is designed so that the diffused light emitted from the surface emitting laser 2 can be converted into parallel light. Further, the micro lens 22 is formed into an aspheric surface by a photolithography process using a gray scale mask, and the wavefront aberration of light can be reduced.
[0076]
The first and second contact surfaces (epitaxial surface) 10 of the semiconductor laser substrate 5 and the second contact surface (polishing surface) 11 of the element substrate 4 are in contact with the semiconductor laser substrate 5 and the element substrate 4 that are bonded and fixed. The tolerances are controlled with very high accuracy.
[0077]
The semiconductor laser substrate 5 and the element substrate 4 are bonded and fixed in the same manner as in the first embodiment. The first contact surface 10 of the semiconductor laser substrate 5 and the second contact surface 11 of the element substrate 4 are And an adhesive 14 is injected into the adhesive groove 13 formed in the second contact surface 11.
[0078]
Although illustration is omitted in the present embodiment, the electrical connection of the surface emitting laser 2 is performed in the same manner as in the first embodiment.
[0079]
In this configuration, the element substrate 4 is bonded and fixed to the semiconductor laser substrate 5 on which the surface emitting laser 2 is provided. The first contact surface 10 of the semiconductor laser substrate 5 and the second contact surface 11 of the element substrate 4 are used. It can carry out with maintaining the state which contacted. Since both the first contact surface 10 and the second contact surface 11 are surfaces formed with high precision and smoothness, the mounting of the microlens 22 as an element on the semiconductor laser substrate 5 is performed with the insulating resin layer 7 or It is possible to remove the error factors such as the thickness of the bump and the adhesive, and to perform with high accuracy and a simple structure.
[0080]
Also in this embodiment, as described in the first embodiment, a wafer-like laser substrate in which a plurality of surface emitting lasers 2 are provided in an array is formed, and a plurality of microlenses is further formed. As shown in FIG. 2, a wafer-like element substrate 22 is formed in an array, and the wafer-like laser substrate and the wafer-like element substrate are bonded and fixed with an adhesive, and then separated by dicing. A plurality of composite optical elements 21 may be formed. As a result, compared with the case where the element substrate is bonded and fixed to each surface emitting laser, the work of bonding and fixing the wafer-shaped laser substrate and the wafer-shaped element substrate performed when forming the plurality of composite optical elements 21 is one. The manufacturing cost can be reduced because it requires only one time.
[0081]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The composite optical element 31 of the present embodiment is obtained by bonding and fixing an element substrate 4 provided with a microlens 32 as an element to a semiconductor laser substrate 5 provided with a surface emitting laser 2, and has a basic structure. This is the same as the second embodiment.
[0082]
The difference between the present embodiment and the second embodiment is the position where the microlens 32 is formed. In this embodiment, the microlens 32 is formed on the surface of the element substrate 4 facing the surface emitting laser 2. ing.
[0083]
The microlens 32 is disposed in front of the light emitted from the surface emitting laser 2 and is designed so that the diffused light emitted from the surface emitting laser 2 can be converted into parallel light. The microlens 32 is formed together with the recess 12 and the adhesive groove 13 by a photolithography process.
[0084]
In such a configuration, the element substrate 4 is bonded and fixed to the semiconductor laser substrate 5 in a state where the first contact surface 10 of the semiconductor laser substrate 5 and the second contact surface 11 of the element substrate 4 are in contact with each other. This can be done while maintaining. Since both the first contact surface 10 and the second contact surface 11 are surfaces formed with high precision and smoothness, the mounting of the microlens 22 as an element on the semiconductor laser substrate 5 is performed with the insulating resin layer 7 or It is possible to remove the error factors such as the thickness of the bump and the adhesive, and to perform with high accuracy and a simple structure.
[0085]
Furthermore, since the microlens 32 is formed on the surface of the element substrate 4 facing the surface emitting laser 2, the microlens 32 and the surface emitting laser are not affected by the thickness tolerance of the element substrate 4 when the microlens 32 is mounted. 2 can be further reduced, and the mounting accuracy of the microlens 32 on the semiconductor laser substrate 5 can be further increased.
[0086]
Also in this embodiment, as described in the first embodiment, a wafer-like laser substrate in which a plurality of surface emitting lasers 2 are provided in an array is formed, and a plurality of microlenses is further formed. As shown in FIG. 3, a wafer-like element substrate 32 having an array 32 is formed, and the wafer-like laser substrate and the wafer-like element substrate are bonded and fixed with an adhesive, and then separated by dicing. A plurality of composite optical elements 31 may be formed. Thereby, compared with the case where the element substrate is bonded and fixed to the substrate of each surface emitting laser, the work of bonding and fixing the wafer-shaped laser substrate and the wafer-shaped element substrate performed when forming the plurality of composite optical elements 31 is performed. Since only one time is required, the manufacturing cost is reduced.
[0087]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The composite optical element 41 of this embodiment is obtained by bonding and fixing an element substrate 4 provided with a diffraction grating 42 as an element to a semiconductor laser substrate 5 provided with a surface emitting laser 2. The bonding and fixing structure between the element substrate 4 and the surface emitting laser 2 is the same as that in each of the above-described embodiments, and the diffraction grating 42 is surface-emitting in the element substrate 4 as in the microlens 32 of the third embodiment. It is formed on the surface facing the laser 2.
[0088]
The diffraction grating 42 is arranged on the front side of the light emitted from the surface emitting laser 2 and is designed so that the diffused light emitted from the surface emitting laser 2 can be emitted in any direction other than the optical axis. Yes. The diffraction grating 42 is formed by a photolithography process together with the recess 12 and the adhesive groove 13.
[0089]
In such a configuration, the element substrate 4 is bonded and fixed to the semiconductor laser substrate 5 in a state where the first contact surface 10 of the semiconductor laser substrate 5 and the second contact surface 11 of the element substrate 4 are in contact with each other. This can be done while maintaining. Since both the first contact surface 10 and the second contact surface 11 are smooth surfaces with high precision, the mounting of the diffraction grating 42 as an element on the semiconductor laser substrate 5 It is possible to remove the error factors such as the thickness of the bump and the adhesive, and to perform with high accuracy and a simple structure.
[0090]
Further, since the diffraction grating 42 is formed on the surface of the element substrate 4 facing the surface emitting laser 2, the diffraction grating 42 and the surface emitting laser are not affected by the thickness tolerance of the element substrate 4 when the diffraction grating 42 is mounted. 2 can be further reduced, and the mounting accuracy of the diffraction grating 42 with respect to the surface emitting laser 2 can be further increased.
[0091]
In this embodiment, as described in the first embodiment, a wafer-like laser substrate in which a plurality of surface emitting lasers 2 are provided in an array is formed, and a plurality of diffraction gratings are formed. 42 is formed in a wafer-like element substrate provided in an array, and these wafer-like laser substrate and wafer-like element substrate are bonded and fixed with an adhesive, and then separated by dicing, as shown in FIG. A plurality of composite optical elements 41 may be formed. Thereby, as compared with the case where the element substrate is bonded and fixed to the substrate of each surface emitting laser, the work of bonding and fixing the wafer-shaped laser substrate and the wafer-shaped element substrate performed when forming the plurality of composite optical elements 41 is performed. Since only one time is required, the manufacturing cost is reduced.
[0092]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The composite optical element 51 of the present embodiment is obtained by bonding and fixing an element substrate 4 provided with a microlens 52 as an element to a semiconductor laser substrate 5 provided with a surface emitting laser 2. The microlens 52 is formed by forming a concave portion 53 on the quartz element substrate 4 and filling the concave portion 53 with a resin 54 which is a lens equivalent member. As the resin 54, a resin having a refractive index larger than that of quartz is used. The microlens 52 configured by filling the concave surface portion 53 with the resin 54 functions as a convex lens.
[0093]
The microlens 52 is disposed on the front side of the light emitted from the surface emitting laser 2 and is designed so that the diffused light emitted from the surface emitting laser 2 can be converted into parallel light. The concave surface portion 53 is formed by a photolithography process together with the concave portion 12 and the adhesive groove 13.
[0094]
In this configuration, the element substrate 4 is bonded and fixed to the semiconductor laser substrate 5 on which the surface emitting laser 2 is provided. The first contact surface 10 of the semiconductor laser substrate 5 and the second contact surface 11 of the element substrate 4 are used. It can carry out with maintaining the state which contacted. Since both the first abutment surface 10 and the second abutment surface 11 are smooth surfaces with high accuracy, the mounting of the microlens 52 as an element on the semiconductor laser substrate 5 can be performed with the insulating resin layer 7 or It is possible to remove the error factors such as the thickness of the bump and the adhesive, and to perform with high accuracy and a simple structure.
[0095]
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the difference in incident angle between the case where the incident surface of the microlens is convex (a) and the case where it is flat (b). When the lens located opposite to the diffused light emitted from the surface emitting laser 2 has a convex shape as shown in (a), the incident angle (θ1) of the light with respect to the lens tangent becomes shallow and the reflectance is high. Become. Therefore, the lens shape facing the surface emitting laser 2 is preferably a concave shape. However, since the power is negative on the concave surface, the diffused light cannot be converted into parallel light. Therefore, a concave surface portion 53 is formed on the element substrate 4, and a lens equivalent member having a refractive index larger than that of the element substrate 4, for example, a resin 54 is filled in the concave surface portion 53 to form a microlens 52 that functionally becomes a convex lens. By forming, the optical incident angle (θ2) with respect to the lens tangent of the microlens 52 becomes deep, the reflectance becomes low, and the composite optical element 51 with little reflection and high light utilization efficiency can be obtained.
[0096]
Also in this embodiment, as described in the first embodiment, a wafer-like laser substrate in which a plurality of surface emitting lasers 2 are provided in an array is formed, and a plurality of microlenses is further formed. As shown in FIG. 5, a wafer-like element substrate 52 is provided in an array, and the wafer-like laser substrate and the wafer-like element substrate are bonded and fixed with an adhesive, and then separated by dicing. A plurality of composite optical elements 51 may be formed. As a result, as compared with the case where the element substrate is bonded and fixed to each surface emitting laser, the work of bonding and fixing the wafer-shaped laser substrate and the wafer-shaped element substrate in forming the plurality of composite optical elements 51 is one. The manufacturing cost can be reduced because it requires only one time.
[0097]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The composite optical element 61 of the present embodiment is an array of combinations of the surface emitting laser 2 and the microlens 32 described in the third embodiment (see FIG. 3). The composite optical element 61 includes a wafer-like laser substrate 62 that is a substrate on which a plurality of surface emitting lasers 2 are arranged in an array, and a wafer-like element substrate that is an element substrate on which a plurality of microlenses 32 are arranged in an array. It is formed by bonding and fixing 63.
[0098]
The wafer-like laser substrate 62 and the wafer-like element substrate 63 are bonded and fixed by exposing the epitaxial surface of the wafer-like laser substrate 62 as the first contact surface 10. This is performed by bringing the second contact surface 11 that is a polishing surface into contact with the second contact surface 11 and injecting the adhesive 14 into the adhesive groove 13 formed in the first contact surface 10.
[0099]
In such a configuration, in the composite optical element 61, the adjacent surface-emitting lasers 2 and the adjacent microlenses 32 can be positioned with high accuracy, so that the plurality of surface-emitting lasers 2 and the microlenses 32 are arranged in an array. Even in this case, the occurrence of crosstalk between adjacent surface emitting lasers 2 can be prevented.
[0100]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, as described in the sixth embodiment (see FIG. 7), a wafer-like laser substrate 62, which is a substrate in which a plurality of surface emitting lasers 2 are arranged in an array, and a plurality of micro-lasers. A wafer-like element substrate 63 which is an element substrate in which lenses 32 are arranged in an array is bonded and fixed by an adhesive 14 injected into the adhesive groove 13. Thereafter, the wafer-like laser substrate 62 and the wafer-like element substrate 63 are diced at a predetermined dicing position, thereby forming a plurality of composite optical elements in which the microlens 32 and the surface emitting laser 2 are paired one by one. The
[0101]
An electrode groove 64 is formed on the substrate surface of the wafer-like element substrate 63 facing the wafer-like laser substrate 62. The electrode groove 64 is used when dicing the wafer-like laser substrate 62 and the wafer-like element substrate 63 which are bonded and fixed to produce a composite optical element having one surface emitting laser 2 and one microlens 32, respectively. In addition, it is formed at a position including a position where the dicing is performed.
[0102]
In such a configuration, the wafer-like element substrate 63 and the wafer-like laser substrate 62 that are bonded and fixed can be diced from the wafer-like element substrate 63 at a time. A is a dicing position at this time, and the electrode groove 64 is exposed by this dicing.
[0103]
A plurality of composite optical elements 1 each including one surface emitting laser 2 and a microlens 32 are formed by dicing at the dicing position A, and then the surface emitting laser is obtained by dicing the element substrate side at the position B. A deviation can be caused between the substrate end surface on the second side and the substrate end surface on the microlens 32 side, and wire bonding or the like can be performed at the portion where the deviation occurs to connect to the electrode of the surface emitting laser 2. When dicing at the position B, the dicing stop position may be within the height dimension of the electrode groove 64, and the wafer-like laser substrate 62 may be damaged during dicing without controlling the dicing stop position with high accuracy. Therefore, the workability of the dicing work is improved.
[0104]
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the composite optical element 71 of this embodiment, an optical fiber 72 as a light transmission component is directly bonded to the element substrate 4 of the composite optical element described in the third embodiment (see FIG. 3). Yes.
[0105]
The optical fiber 72 is joined to the element substrate 4 by forming a fixed groove 73 in the element substrate 4 and inserting the tip of the optical fiber 72 into the fixed groove 73. The inner diameter dimension of the fixed groove 73 is set to be substantially the same as the outer diameter dimension of the optical fiber 72. The fixing groove 73 is formed by a photolithography process.
[0106]
A resin 74 is injected between the tip of the optical fiber 72 and the bottom surface of the fixed groove 73.
[0107]
FIG. 10 shows an outline of an optical transceiver 75 using a composite optical element 71 to which an optical fiber 72 is directly bonded. The optical transceiver 75 includes a composite optical element 71 to which an optical fiber 72 is directly bonded, an LSI 77 connected to the composite optical element 71 via an electrical wiring wire 76, and an electrical connector connected to the LSI 77 by an electrical wiring wire 76. 78, a submount 79 in which a V-groove for holding the optical fiber 72 is formed, a stem 80 on which an LSI 77 and the like are mounted, and the like. In the present embodiment, four optical fibers 72 are used, and the four composite optical elements 71 to which the optical fibers 72 are joined are attached to the submount substrate 16.
[0108]
In such a configuration, since the optical fiber 72 is directly bonded to the element substrate 4, the mounting accuracy of the optical fiber 72 with respect to the element substrate 4 is increased. In particular, in the optical axis direction, it is only necessary to press the optical fiber 72 and the element substrate 4, and high mounting accuracy can be realized at low cost.
[0109]
Further, since the distal end of the optical fiber 72 is inserted into the fixed groove 73, positional displacement in the direction orthogonal to the optical axis of the optical fiber 72 is prevented, and high mounting accuracy can be obtained at low cost in the direction orthogonal to the optical axis. Can do.
[0110]
When an air layer exists between the optical fiber 72 and the element substrate 4, reflection occurs at the end face of the optical fiber 72. However, in the present embodiment, since the resin 74 is injected between the front end portion of the optical fiber 72 and the bottom surface of the fixing groove 73, there is no air layer between the optical fiber 72 and the element substrate 4. The refractive index difference between the element substrate 4 and the optical fiber 72 is reduced and the reflectance is lowered, and the optical coupling efficiency between the element substrate 4 and the optical fiber 72 is increased.
[0111]
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic structure of the optical composite element 81 of the present embodiment is the same as that of the eighth embodiment (see FIG. 9). A fixed groove 73 is formed in the element substrate 4, and the tip of the optical fiber 72 is formed in the fixed groove 73. Has been inserted.
[0112]
Further, a condensing lens 82 is provided at the center of the fixed groove 73. The condensing lens 82 has a function of condensing, on the optical fiber 72, the light that has been collimated by the microlens 32 on the surface emitting laser 2 side. The condensing lens 82 is also formed into an aspherical shape by a semiconductor process using a gray scale mask, like the microlens 32.
[0113]
A taper portion 83 whose diameter is increased outward is formed at the edge of the fixing groove 73. Furthermore, a tapered portion 84 that is reduced in diameter toward the distal end side is formed at the distal end portion of the optical fiber 72. The taper angles of the taper portion 83 and the taper portion 84 are set to substantially the same angle.
[0114]
In such a configuration, the light incident on the optical fiber 72 is collected by the condensing lens 82, so that even if the thickness of the element substrate 4 varies, a spot is surely formed on the end face of the optical fiber 72. It can be tied and the optical coupling efficiency is increased.
[0115]
Further, a taper portion 83 is formed at the edge of the fixing groove 73, and a taper portion 84 is formed at the tip of the optical fiber 72. The taper angles of the taper portions 83 and 84 are set to be approximately the same angle. When the tip of the optical fiber 72 is inserted into the groove 73, the tapered portion 83 and the tapered portion 84 are in surface contact, and the mounting state of the optical fiber 72 is more stable.
[0116]
【The invention's effect】
  According to the composite optical element of the first aspect of the present invention, the surface-emitting laser of the surface-emitting laser is maintained with the first contact surface of the surface-emitting laser and the second contact surface of the element substrate kept in contact with each other. The substrate and the element substrate can be fixed, so that the element can be mounted on the substrate of the surface emitting laser, such as the thickness of the insulating resin layer or the thickness of the adhesive covering the substrate surface of the substrate of the surface emitting laser. It is possible to remove the error factor with high accuracy and with a simple structure.In particular, the electrode groove is exposed by dicing after bonding the substrate having the surface emitting laser and the element substrate provided with the element, and wire bonding or the like can be performed with the electrode groove. When dicing so that the end surfaces of the substrate and the element substrate are shifted during dicing, the dicing stop position may be set within the height dimension of the electrode groove, and a highly accurate dicing stop position is required. Therefore, the workability of dicing work is improved.
[0117]
According to a second aspect of the present invention, in the composite optical element according to the first aspect, the first contact surface is an epitaxial surface and the second contact surface is a polished surface. Both the contact surface and the second contact surface are formed smoothly with high precision, the substrate of the fixed surface emitting laser and the element substrate are maintained in a high degree of parallelism, and the element to the substrate of the surface emitting laser is maintained. Mounting accuracy can be further increased.
[0118]
According to a third aspect of the present invention, in the composite optical element according to the first or second aspect, since the element is disposed on a surface side of the element substrate facing the surface emitting laser, the element and the surface light emission. With respect to the distance to the laser, the influence of the thickness tolerance of the element substrate can be eliminated, the tolerance of the distance between the element and the surface emitting laser can be reduced, and the mounting accuracy of the element with respect to the surface emitting laser can be increased.
[0119]
According to the invention of claim 4, in the composite optical element according to any one of claims 1 to 3, since the surface emitting laser and the element are arranged in an array, in this composite optical element, The surface-emitting laser can be mounted on the substrate easily and accurately, and even when these surface-emitting lasers and elements are arranged in an array, the light emitted from each surface-emitting laser is made parallel light. Thus, it is possible to prevent the occurrence of crosstalk of light emitted from the adjacent surface emitting laser.
[0121]
  Claim5According to the described invention, claims 1 to4In the composite optical element according to any one of the above, since the element is an electric wiring, the mounting accuracy of the electric wiring on the substrate of the surface emitting laser becomes high, and the surface emitting laser can be energized with high accuracy.
[0122]
  Claim6The invention described in claim 1 to claim 14In the composite optical element according to any one of the above, since the element is a microlens, the mounting accuracy of the microlens on the substrate of the surface emitting laser is increased, and the diffused light emitted from the surface emitting laser is highly accurately detected. It can be parallel light.
[0123]
  Claim7According to the described invention, the claims6In the described composite optical element, the microlens includes a concave surface portion formed on the element substrate and a lens equivalent member having a refractive index larger than that of the element substrate filled so as to form a convex lens in the concave surface portion. Therefore, the reflectance when the light emitted from the surface emitting laser hits the microlens can be kept low, and a composite optical element with high light utilization efficiency can be obtained.
[0124]
  Claim8According to the described invention, claims 1 to4In the composite optical element according to any one of the above, since the element is a diffraction grating, the mounting accuracy of the diffraction grating on the substrate of the surface-emitting laser is increased, and light emitted from the surface-emitting laser other than the optical axis It is possible to fly accurately in any direction.
[0125]
  Claim9According to the described invention, claims 1 to8In the composite optical element according to any one of the above, since the light transmission component is directly bonded to the element substrate, the manufacturing error included in the fixing member or the like as compared with the case where the light transmission component is fixed by the fixing member or the like. In particular, in the optical axis direction, since the light transmission component and the element substrate can be pressed against each other and mounted, high mounting accuracy can be realized at low cost.
[0126]
  Claim10According to the described invention, the claims9In the composite optical element described above, since the resin is interposed between the light transmission component and the element substrate, the resin is interposed between the light transmission component and the element substrate. The difference in refractive index between the transmission component and the reflectance is reduced, and the optical coupling efficiency between the element substrate and the light transmission component can be increased.
[0127]
  Claim11According to the described invention, the claims8Or9In the composite optical element described above, the light transmission component is an optical fiber, and a fixed groove into which the tip of the optical fiber is inserted is formed in the element substrate. Deviation can be prevented, and high mounting accuracy can be obtained at low cost.
[0128]
  Claim12According to the described invention, the claims11In the composite optical element described above, since the condensing lens is provided in the central portion of the fixed groove, the light incident on the optical fiber is collected by the condensing lens. Even if variations occur, spots can be reliably connected at the end face of the optical fiber, and the optical coupling efficiency can be increased.
[0129]
  Claim13According to the described invention, the claims11Or12In the above-described composite optical element, the edge of the fixed groove is formed with a tapered portion that expands outward, so that the optical fiber can be fixed to the fixed groove without providing play between the fixed groove and the optical fiber. Further, the taper portion functions to guide the optical fiber inserted into the fixed groove to the center of the fixed groove, so that the mounting accuracy of the optical fiber can be improved.
[0130]
  Claim14According to the described invention, the claims11Or13In the composite optical element according to any one of the above, since the tapered portion that is reduced in diameter toward the distal end side is formed at the distal end portion of the optical fiber, the optical fiber can be used without providing play between the fixed groove and the optical fiber. In addition, the taper can function to guide the optical fiber inserted into the fixed groove to the center of the fixed groove, so that the mounting accuracy of the optical fiber can be improved.
[0131]
  Claim15According to the described optical transceiver of the invention, the claims10Or14A low-cost optical transceiver can be provided by using the composite optical element in which the optical fibers according to any one of the above are directly joined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal front view showing a schematic structure of a composite optical element according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal front view showing a schematic structure of a composite optical element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal front view showing a schematic structure of a composite optical element according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal front view showing a schematic structure of a composite optical element according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal front view showing a schematic structure of a composite optical element according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a difference in incident angle between a case where the incident surface of the microlens is convex (a) and a case where it is flat (b).
FIG. 7 is a longitudinal front view showing a schematic structure of a composite optical element according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a longitudinal front view showing a state before dicing in a manufacturing process of a composite optical element according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal front view showing a schematic structure of a composite optical element according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view showing an outline of an optical transceiver using the composite optical element.
FIG. 11 is a longitudinal front view showing a schematic structure of a composite optical element according to a ninth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Compound optical element
2 Surface emitting laser
3 elements, electrical wiring
4 Element substrate
5 Substrate
7 Insulating resin layer
10 Substrate surface, first contact surface, epitaxial surface
11 Substrate surface, second contact surface, polishing surface
13 Adhesive groove
14 Adhesive
21 Compound optical elements
22 elements, micro lens
31 Compound optical elements
32 elements, micro lens
41 Compound optical elements
42 elements, diffraction grating
51 Compound optical element
52 elements, microlens
53 Concave surface
54 Lens equivalent
61 Compound optical element
62 Substrate, wafer-like laser substrate
63 Element substrate, wafer-like element substrate
64 groove for electrode
71 Compound optical element
72 Optical transmission parts, optical fiber
73 Fixed groove
74 resin
77 LSI
78 Electrical connector
81 Compound optical element
82 Condensing lens
83 Taper
84 Taper

Claims (15)

面発光レーザの基板に素子を実装した複合光学素子において、
前記基板の第1当接面と、
前記素子が設けられた素子基板の基板面であって前記第1当接面に当接された第2当接面と、
前記第1当接面と前記第2当接面との当接した面内の少なくとも一方に形成された接着剤溝と、
前記接着剤溝に注入されて前記第1当接面と前記第2当接面とを当接位置に位置づけして前記基板と前記素子基板とを接着固定した接着剤と、
を有し、
前記素子基板における前記基板に対向する面に電極用溝が形成され、この電極溝の位置でダイシングされたことを特徴とする複合光学素子。
In a composite optical element in which an element is mounted on a surface emitting laser substrate,
A first contact surface of the substrate;
A second contact surface which is a substrate surface of an element substrate provided with the element and is in contact with the first contact surface;
An adhesive groove formed in at least one of the contact surfaces of the first contact surface and the second contact surface;
An adhesive that is injected into the adhesive groove and positions the first contact surface and the second contact surface at a contact position to bond and fix the substrate and the element substrate;
I have a,
A composite optical element , wherein an electrode groove is formed on a surface of the element substrate facing the substrate, and dicing is performed at the position of the electrode groove .
前記第1当接面はエピタキシャル面であり、前記第2当接面は研磨面であることを特徴とする請求項1記載の複合光学素子。  The composite optical element according to claim 1, wherein the first contact surface is an epitaxial surface, and the second contact surface is a polished surface. 前記素子は、前記素子基板における前記面発光レーザに対向する面側に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の複合光学素子。  The composite optical element according to claim 1, wherein the element is disposed on a surface side of the element substrate facing the surface emitting laser. 前記面発光レーザと前記素子とがアレイ状に配列されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一記載の複合光学素子。  4. The composite optical element according to claim 1, wherein the surface emitting laser and the element are arranged in an array. 前記素子は、電気配線であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子。The element is composite optical element according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an electric wiring. 前記素子は、マイクロレンズであることを特徴とする請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子。The element is composite optical element according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a microlens. 前記マイクロレンズが、前記素子基板に形成された凹面部とこの凹面部内に凸レンズを構成するように充填された前記素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材とよりなることを特徴とする請求項記載の複合光学素子。The microlens includes a concave portion formed on the element substrate and a lens-equivalent member having a refractive index larger than that of the element substrate filled to form a convex lens in the concave portion. 6. The composite optical element according to 6 . 前記素子は、回折格子であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子。The element is composite optical element according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a diffraction grating. 前記素子基板に、光伝達部品が直接接合されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか一記載の複合光学素子。Wherein the element substrate, the composite optical element of any one described in claims 1, characterized in that the optical transmitting component is joined directly 8. 前記光伝達部品と前記素子基板との間に樹脂が介装されていることを特徴とする請求項記載の複合光学素子。The composite optical element according to claim 9 , wherein a resin is interposed between the light transmission component and the element substrate. 前記光伝達部品は光ファイバーであり、前記素子基板に前記光ファイバーの先端が挿入される固定溝が形成されていることを特徴とする請求項又は記載の複合光学素子。The light transmitting component is an optical fiber, the composite optical element according to claim 8, wherein the fixing groove tip of the optical fiber is inserted into the element substrate is formed. 前記固定溝の中心部に集光用レンズが設けられていることを特徴とする請求項11記載の複合光学素子。The compound optical element according to claim 11, wherein a condensing lens is provided at a central portion of the fixed groove. 前記固定溝の縁部に、外方に向けて拡径するテーパー部が形成されていることを特徴とする請求項11又は12記載の複合光学素子。An edge of the fixing groove, the composite optical element according to claim 11 or 12, wherein the tapered portion whose diameter increases toward the outside is formed. 前記光ファイバーの先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部が形成されていることを特徴とする請求項11ないし13のいずれか一記載の複合光学素子。The compound optical element according to any one of claims 11 to 13 , wherein a taper portion whose diameter is reduced toward the tip end side is formed at a tip end portion of the optical fiber. 請求項10ないし14のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子と、
前記複合光学素子に接続されたLSIと、
前記LSIに接続された電気コネクタと、
を有する光トランシーバー。
A composite optical element to which the optical fiber according to any one of claims 10 to 14 is directly bonded;
An LSI connected to the composite optical element;
An electrical connector connected to the LSI;
Having optical transceiver.
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